Регуляторы обратного давления: устройство и практические советы для инженеров
Настройка регулятора обратного давления и рекомендации для пробоотборных систем: Руководство для инженеров
Дэвид Родригес (David Rodriguez), менеджер по продукции
Регуляторы обратного давления помогают поддерживать входное давление и защищать чувствительное оборудование в системах отбора проб, используемых на многих промышленных предприятиях. Однако для надлежащего использования клапана регулирования обратного давления инженеры систем отбора проб должны остерегаться нескольких распространенных ошибок проектирования. К таким относятся:
- игнорирование важности ограничителя расхода на входе
- слишком сильный поток через анализатор
- размещение редуктора давления последовательно с регулятором обратного давления без гидравлического сопротивления между ними
Основное назначение и элементы регуляторов обратного давления
Как работает регулятор обратного давления?
В отличие от редукторов давления регулятор обратного давления управляет давлением на входе и обычно устанавливается в конце линии. Редуктор давления, напротив, регулирует давление на выходе и обычно устанавливается в начале линии. Оба вида регуляторов уравновешивают силы, которые образуются под воздействием давления в системе, и нагрузку на пружину, которая создается при установлении заданного давления.
Если в связи с повышением или понижением внешнего давления этот баланс нарушается, клапан или золотник регулятора будет смещаться ближе к седлу или дальше от него. В зависимости от характера перемещения клапана поток через отверстие регулятора будет увеличиваться или уменьшаться до момента восстановления баланса.
Из каких основных узлов и деталей состоит регулятор противодавления?
Регулятор поддерживает постоянное давление на анализаторе (Рис. 1 - А) путем регулировки потока, направляемого в обводную линию. Ограничители расхода (Рис. R1 и R2) позволяют регулятору управлять давлением надлежащим образом.
На Рис. 1 показана типовая конфигурация регулятора обратного давления в аналитической пробоотборной системе. Если поток не используется анализатором (Рис. 1 А), задача регулятора – направить такой поток в обводную линию. По мере изменения давления источника регулятор также меняет объем перенаправляемого потока для поддержания стабильного давления на входе регулятора и постоянного потока на входе в анализатор.
Рис. 1. Типовая конфигурация регулятора обратного давления. Изображение: «Industrial Sampling Systems», ©2013 г.
Перед регулятором обратного давления необходимо установить ограничитель расхода (как правило, игольчатый клапан) для управления давлением на входе (см. R1 на Рис. 1). При отсутствии сопротивления между регулятором обратного давления и системой он раскроется полностью, чтобы пропустить достаточно газа и снизить давление на входе. Но эта мера не будет эффективной. Однако если ограничитель установлен, то увеличение расхода приведет к большему падению давления в точке его установки и поможет снизить давление на выходе.
Как можно получить услуги калибровки или испытаний для регуляторов давления, манометров и т.д.?
Примечание: Точная калибровка клапана обратного давления необходима для поддержания надежной работы системы пробоотбора. Swagelok предлагает профессиональные услуги в сфере оценки и испытаний, позволяющие обеспечить точный контроль давления.
Какие наиболее часто встречаемые проблемы у регуляторов обратного давления?
Одна из распространенных ошибок проектирования заключается в игнорировании необходимости установки ограничителей расхода, полагая, что регулятор обратного давления сам справится с контролем давления на входе. В отсутствие ограничителя изменения расхода почти не влияют на давление, и регулятор начинает терять технологическую среду, пытаясь увеличить расход. Регулируемое давление на входе не меняется, из-за чего регулятор может находиться в полностью открытом положении.
Слишком сильный поток через ограничитель анализатора (см. R2 на Рис. 1) – еще одна ошибка проектирования, поскольку в таком случае давление на входе регулятора может упасть ниже заданного. В результате регулятор может полностью закрыться, ограничив расход через дренажное отверстие. Для оптимального регулирования размер ограничителя расхода на входе (R1) должен обеспечивать прохождение некоторого потока через регулятор даже при максимальном расходе в анализаторе.
Как выполнять настройку регулятора обратного давления?
При настройке рабочей системы (Рис. 1), необходимо сначала закрыть R2, и отрегулировать R1, чтобы обеспечить достаточный обводной поток для достижения требуемого времени реагирования анализатора, а уже затем отрегулировать R2 для достижения требуемого расхода в анализаторе. Это должно автоматически привести к соответствующему уменьшению обводного потока. Если требуется, медленно открывайте R1, пока скорость обводного потока не сравняется со скоростью потока через дренажное отверстие анализатора. Это позволит регулятору управлять давлением на входе при изменении давления источника. Если вы ожидаете существенных колебаний давления источника, отрегулируйте R1 для обеспечения слабого обводного потока при самом низком ожидаемом давлении источника.
С помощью регулятора обратного давления, который вместе с ограничителями расхода R1 и R2 контролирует давление, мы можем регулировать поток к анализатору и дренажной линии.
Поскольку эти три компонента регулируют поток на анализатор и обводную линию, установка игольчатого клапана или другого ограничительного устройства в дренажную схему не требуется. Однако установка в обводной линии ротаметра без игольчатого клапана поможет убедиться, что регулятор пропускает некоторый поток и контролирует давление на входе.
Как использовать редуктор давления и регулятор обратного давления в последовательной схеме?
Рис. 2. Редуктор давления и регулятор обратного давления, установленные последовательно без ограничителя расхода. Изображение: «Industrial Sampling Systems», ©2013 г.
Как показано на рис. 2, еще одна ошибка проектирования заключается в том, что регулятор обратного давления установлен непосредственно после редуктора. Поскольку два регулятора не могут одновременно контролировать давление, один из них будет неэффективным.
Для иллюстрации этой проблемы рассмотрим две ситуации. Во-первых, если уставка регулятора обратного давления выше давления, поступающего от расположенного перед ним регулятора, он останется закрытым в связи с отсутствием достаточной силы, чтобы поднять золотник обратного давления из седла и обеспечить прохождение потока через регулятор обратного давления. В этом случае обводного потока не будет, поскольку регулятор обратного давления останется закрытым.
В другой ситуации уставка регулятора обратного давления ниже. С увеличением расхода давление на выходе редуктора будет снижаться по кривой спада установленного выше регулятора. Расход значительно повысится в соответствии с кривой накопления регулятора обратного давления, что приведет к повышению давления на его входе.
Результат такого повышения зависит от настроек обоих регуляторов:
- Если настройки регуляторов схожи, то расход будет повышаться до тех пор пока падающее давление на выходе из первого регулятора не сравняется с растущим давлением на входе во второй регулятор. Однако это приведет к очень сильному расходу.
- При большем расхождении уставок расход будет повышаться до тех пор, пока регулятор не потеряет контроль. Один регулятор будет управлять давлением, а другой станет ограничителем расхода.
Какие факторы влияют на эффективность регулятора обратного давления?
Выбор подходящих клапанов регуляторов обратного давления учитывает такие факторы, как стабильность потока и совместимость материалов. Swagelok предлагает широкий спектр решений для аналитических лабораторных систем пробоотбора.
На Рис. 3 показано, каким образом ошибка проектирования системы, изображенная на рис. 2, приводит к поддержанию промежуточного давления между уставками обоих регуляторов при высоком расходе. Изображение: «Industrial Sampling Systems», ©2013 г.
Расход в обводной линии зависит от того, насколько различаются уставки. Он будет повышаться до тех пор, пока регуляторы «не достигнут компромисса» В случае изменения входного давления или расхода в анализаторе оба регулятора будут стараться поддерживать промежуточное давление между своими уставками с неопределенным результатом. Данная ситуация показана на рис. 3.
Это не означает, что регуляторы не могут работать в последовательной схеме, однако такое возможно, только если между ними установлен ограничитель расхода. На рис. 4 показана такая ситуация, когда при соответствующих настройках оба регулятора работают надлежащим образом, а давление является постоянным на обоих концах двух ограничителей. Стабильность давления обеспечивает постоянство потока и защищает анализатор от колебаний давления источника и дренажной линии.
Рис. 4. На данном рисунке показано, как установка ограничителя расхода между регуляторами (регулятором обратного давления и редуктором) может обеспечить эффективный расход и контроль давления. Изображение: «Industrial Sampling Systems», ©2013 г.
Техническое обслуживание регуляторов обратного давления для повышения надежности
Чтобы гарантировать надлежащее функционирование регулятора обратного давления, пробоотборная система должна быть правильно спроектирована. Слишком высокое или слишком низкое давление может стать причиной повреждения или задержек в системе.
Если во время установки регуляторов в пробоотборных системах у вас возникнут вопросы, мы сможем помочь. Инженеры технического отдела Swagelok могут посетить ваш объект, чтобы обследовать пробоотборную систему, дать советы по проектированию или устранить неисправности. Вы также можете получить всю информацию о проектировании и использовании пробоотборных систем на наших курсах обучения «Системы пробоподготовки для поточного анализа (PASS)» или «Решение проблем, связанных с системами отбора проб, и техническое обслуживание данных систем (SSM)».
Статьи по Теме
Применение регулятора для снижения временной задержки в аналитической контрольно-измерительной системе
Одним из способов уменьшить временную задержку является регулятор, управляемый давлением среды.
Как выпрямить кривую расхода регулятора для уменьшения падения давления
Единообразное регулирование давления является важнейшим фактором безопасной работы промышленных жидкостных и газовых систем.
Как устранить распространенные неполадки с регуляторами
Простым алгоритм из трех этапов, который можно использовать для устранения неполадок с регуляторами и снижения вероятности их отказа.